Perfil do Produto Fios de luz por Amanda Gronau Imagine um futuro no qual fótons, e não elétrons, movam -se rapidamente entre os chips da placa-mãe de seu computador, com milhares de raios laser atravessando velozmente o interior do seu computador. Isso é perfeitamente possível, de acordo com estudo tecnológico do MIT. E a PPC Electronic, fabricante suíça de PCBs (Printed Circuit Boards placas de circuito impresso) concorda totalmente... O mais desconcertante desenvolvimento da fabricação de PCBs mostrado na mais recente exposição Electronica, ainda está no estágio conceitual, mas o Optoboard da PPC, se fizer tudo o que promete, irá significar uma grande mudança nas aplicações e capacidades para a indústria de telecomunicações. Telecomunicações e transmi ssão de dados agora utilizam PCBs padrão de topo de linha, que podem levar a informação a taxas medidas em Gigabits/segundo. Mas o tráfego na Internet está praticamente quadruplicando a cada ano e as comunicações móveis estão se tornando mais importantes. Não é de espantar, então, que as previsões da indústria de telecomunicações e TI mostrem um aumento de capacidade de transmissão da ordem de 60% ao ano para os próximos 10-15 anos e que estas indústrias estejam trabalhando em larguras de banda significativamente ampliadas e capacidades de tráfego na faixa dos Terabits. A capacidade dos backboards do setor também deve ser aumentada, com a finalidade de se conseguir transportar os sinais rápidos e de alta freqüência do futuro. "O limite do cobre está entre 5 e 10 Gigabits por segundo", explica Peter Weber, Presidente e Diretor de Desenvolvimento da PPC, "e nas atuais taxas de desenvolvimento, podemos esperar atingir este limite em cerca de 3 anos". Além disso, perto de 2005, se o desenvolvimento continuar seg uindo o ritmo atual, as conexões elétricas não serão mais a solução mais econômica para um tráfego de 2,5 Gbit/seg por metro. TABELA 1 COLOCANDO OS BITS EM PERSPECTIVA UNIDADE VALOR (BYTE) VALOR(BIT) 1 CARACTERE 1 BYTE 8 BITS 1 ROMANCE 500 KB 4 MBITS 1 ENCICLOPÉDIA 1,25 GB 10 GBITS 1 BIBLIOTECA 6,25 TB 50 TBITS Largura de banda explicada: Na comunicação digital, o termo "largura de banda" se refere à capacidade de transporte de informação de um dispositivo ou rede de comunicações. Aqui, "largura de banda", "velocidade de transmissão" e "taxa de bits" se referem à mesma coisa e são medidos em bits/segundo ou bps.
A alternativa para transmissão elétrica de sinais é a utilização da luz. Cabos de fibra óptica fazem exatamente isso e estão sendo desenvolvidos componentes opto-eletrônicos capazes de processar sinais luminosos às velocidades que serão necessárias, mas isto não adianta se a tecnologia de interconexão, que agora utiliza impulsos elétricos mais lentos para propagar estes sinais, não for capa z de acompanhar tal evolução. A PCB, diz Weber, não corre o risco de se tornar um gargalo. De elétrons a fótons Antes de continuarmos e examinar o trabalho da PPC em maiores detalhes e com a finalidade de compreender por que seu desenvolvimento é tão impo rtante como parte de uma Internet totalmente óptica, é necessário pesquisar o caminho que a informação atualmente percorre através da estrutura da Internet. As "supervias" de informação, que atravessam de uma cidade ou continente para outro, consistem de "backbones espinhas dorsais" de fibra óptica que transportam a informação na forma de luz algo que são capazes de fazer a altas velocidades. Com a finalidade de ficar a par com o fenomenal crescimento do tráfego na Internet, a capacidade desses backbones está se duplicando a cada nove meses, em grande parte devido à capacidade de se comprimir mais comprimentos de ondas de luz em cada fibra, utilizando mul tiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM - Wavelength Division Multiplexing). Isto exige um multiplexador para lançar diversos sinais através da mesma fibra e um desmultiplexador, que reconhece e separa os sinais na outra extremidade, de forma que eles podem ser transformados em informação utilizável. Para que os comprimentos de onda possam ser separados, os mesmos devem ser diferentes entre si. Como indicativo do revolucionário efeito que isto teve nas comunicações, basta ver o acentuado crescimento da WDM nos Estados Unidos. Introduzido em 1994, o mercado de WDM somava 1,5 bilhões de dólares em 1995, 4,4 bilhões no ano seguinte e é esperado que alcance 20 bilhões no próximo ano.
Quando os sinais chegam aos comutadores, roteadores ou aos hubs cent rais da rede, eles devem ser encaminhados ou processados o que atualmente é feito eletronicamente. Isto significa que os sinais luminosos, quando chegam, devem ser convertidos em sinais eletrônicos e, antes de serem novamente encaminhados, devem ser reconvertidos em sinais luminosos. A primeira desvantagem disso é que custa dinheiro converter fótons em elétrons e novamente de volta. A segunda é que os equipamentos eletrônicos têm dificuldades para acompanhar esse processo, à medida que os sinais luminosos crescem em volume e se tornam mais complexos um fenômeno anunciado que o setor de redes ópticas chama de "gargalo eletrônico". Não é surpresa, então, que comutadores ópticos, que irão eliminar a necessidade da conversão fóton - elétron, sejam um dos itens mais quentes para os que estão planejando os sistemas de comunicação do futuro, sendo que a primeira questão crítica será substituir a comutação eletrônica pela comutação luminosa, nos backbones de fibras ópticas. Para mostrar o quanto isto é importante, quando a Agilent Technologies, empresa resultante de uma cisão da Hewlett -Packard, mostrou um protótipo de tal dispositivo, na primeira metade do ano passado, suas ações subiram 47%. Na opinião de diversos pesquisadores da área, estes comutadores são um prenúncio de como os dados serão transmitidos e manipulados no futuro, desde os sistemas de comunicação até os computadores. De fato, redes totalmente ópticas seriam impossíveis sem componentes especiais e a tecnologia óptica estrutural e de conexão devem caminhar juntas. Backplanes ópticos A chave para a optoeletrônica no âmbito dos componentes e do backplane são VCSELs (Vertical Cavity Surface-Emiting Lasers), ou lasers de emissão superficial de cavidade vertical. Eles são lasers semicondutores que têm uma cavidade vertical, em vez de uma horizontal e emitem o laser perpendicularmente à sua junção p-n, em vez de ao longo dela, como nos emissores de borda mais comuns. Eles são também mais eficientes ao converter a energia em luz e apresentam feixes circulares de baixa divergência. O fato de serem de modo simples os torna muito atraentes para aplicações em telecomunicações. Guias de ondas de luz Enquanto os setores de Internet de telecomunicações reagem para evitar seus próprios gargalos, a indústria de PCBs ta mbém está buscando como reagir ao extraordinário crescimento na transmissão de dados através de seus próprios produtos, conforme a velocidade dos componentes sobrepuja a capacidade dos caminhos que os conectam.
Já em 1998, o planejamento tecnológico da Japan Printed Circuit Association indicava que o caminho para a indústria de PCBs era encontrar maneiras de transportar sinais luminosos, em vez de elétricos, através de PCBs. Sua ênfase, na época, era na necessidade de pesquisar polímeros que propagassem a l uz. Na Electronica, a PPC mostrou que levou a questão a sério. Peter Straub, Gerente de P&D da PPC, está convencido de que o vidro, tanto opticamente quanto mecanicamente, é o transportador ótimo de sinal. Os testes mostraram que as perdas na transmissão de sinal são muito menores para o vidro do que para qualquer polímero que está no mercado. Mais do que isso, ele é mais estável a variações de temperatura do que os polímeros, com apenas 7 ppm entre 20 o C e 300 o C e é um dispersor de calor muito mais eficiente. Uma vantagem adicional do vidro fino utilizado na tecnologia Optoboard da PPC é que o mesmo não exibe sinais de envelhecimento quando submetido a estresse físico, como o criado durante uma soldagem. As vantagens do vidro Espessura de 30 a 1000 µm Alto Tg (557 o C) Índice de refração n=1,5230 (588nm, 20 o C) Alta transmitância (99,9% para a faixa de 0,4 a 1,6 µm) Baixo CTE (Coeficiente de dilatação térmica) Weber explica que a PPC está se aproximando da solução com placas combinadas placas "normais" SBU que também incorporam uma camada (ou camadas) de trilhas de vidro, construídas em um núcleo FR4. Embora o material que está sendo utilizado pela PPC para seu desenvolvimento seja o vidro padrão de silicatos, ele é especial, por sua diminuta espessura. Di sponíveis em espessuras que variam de 30 µm a 1000µm, está sendo atualmente utilizado pela PPC o material com 75 µm. Uma camada de vidro é colocada sobre um núcleo FR4 e é estruturada utilizando técnicas de gravação química ou corte por laser. É possível conseguir trilhas de vidro tão finas quanto 30 µm, embora a PPC tenha descoberto que linhas de 50 µm com paredes laterais extremamente lisas são o ideal para a propagação dos sinais. A vantagem de ser capaz de gravar as trilhas significa que as técnicas WDM podem também ser aplicadas na placa, dividindo canais de freqüência, incrementando assim a capacidade de tráfego da placa. O restante da placa é então reforçado usando técnicas SBU. O feixe de laser emitido pelos supracitados VCSELSs (ver figura 4) é diri gido para a camada propagadora de luz da placa, através de um orifício de condução de luz e daí é roteado a outros componentes optoeletrônicos na mesma placa, ou para fora, através de um conector para uma placa de sistema ou para a infraestrutura de fibra óptica. As vantagens de passar para a tecnologia óptica incluem o fato de que links seriais podem ser utilizados, em lugar dos largos buses paralelos.
As vantagens da fotônica Fan-out aumentado Baixo consumo de força Não apresenta problemas de aterramento Baixo ruído e crosstalk Alta vazão de dados Longas distâncias de transmissão Conclusão Motivados pelo mercado de comunicação móvel, o setor de PCB da Europa provou ser flexível, inovador e capaz de enfrentar os desafios tecnológicos do novo milênio. Com a Optoboard, a PPC, que se vê "abrindo caminho para a era fotônica", com um "salto quântico no desenvolvimento de PCBs", oferece ainda mais evidências de que provavelmente a Europa está atrás apenas do Japão na corrida pela tecnologia de PCBs. A PPG Electronic está desenvolvendo sua tecnologia Optoboard cuja patent e ainda não foi registrada, sob o 5 o Framework Programme da EC. Optoboard é marca registrada da PPC Electronic. Fig. 2 A multiplexação permite a transmissão de comunicações múltiplas através de uma única linha. Fig. 3 Os VCSELs emitem um feixe de laser circular e de baixa divergência perpendicular a sua junção p-n.
Fig. 4a O feixe de laser emitido por um VCSEL é roteado para a guia de onda de vidro através de um orifício condutor de luz. Fig. 4b Os sinais de luz nas guias de onda podem ser roteados de volta para um outro VCSEL, receber mais entradas de um VCSEL ou ser roteado para uma fibra óptica ou vindo dela. Fig. 5 Uma combinação SBU de PCB multicamadas com camadas ópticas integradas.
Fig. 6 Aplicação de WDM a PCBs ópticas: uma divisão de 8 canais com filtros em vidro fino. Fig. 7 Um backplane óptico irá permitir que velocidades placa -a-placa de 160 Gbits/seg. sejam alcançadas em breve.